Lityum İyon Piller Hakkında Bilmeniz Gerekenler

Merhabalar, Bu yazımızda Lityum İyon Piller hakkında bilgiler vereceğiz.Tony Stark namı değer Demir Adam’ı tanımayan yoktur. Tony Stark bir sahnede yaralanarak esir düşer. Gözlerini açtığında göğsünde bir delik ve o deliğe yerleştirilmiş araba aküsüne bağlı bir elektromıknatıs vardır.

Göğsüne saplanan şarapnel parçalarından birisi kalbe çok yakın olduğu için şarapnel parçasının daha fazla ilerlememesi için Lityum İyon Pillere bağlı elektromıknatıs yöntemi kullanılmıştır. Yani Demir Adamda olsanız uzaktan elektronik cihazlara güç sağlamak için pillere bağımlı olmanız gerekir.

Tüketim elektroniğinde bulduğunuz en yaygın şarj edilebilir pil türü ya Lityum İyon Piller ya da Lityum Polimer tipi pillerdir. Bu makalede, diğer tüm türlerden daha yararlı olma eğilimi gösterdiğinden ilgimizi Lityum İyon Piller üzerinde tutacağız. İster küçük bir güç bankası, isterse bir Dizüstü Bilgisayar ya da Tesla’nın yeni Model 3’ü kadar büyük bir şey olsun, her şey bir Lityum-iyon pil ile can buluyor.

Lityum İyon Piller

Bu pilleri özel yapan nedir? Projelerinizde / Tasarımlarınızda kullanmadan önce bu piller hakkında ne bilmelisiniz? Lityum İyon pilleri güvenli bir şekilde nasıl şarj ederim veya boşaltabilirim? Bütün bu soruların cevaplarını bilmek istiyorsanız sadece arkanıza yaslanıp hızlıca makalemizi okumaya devam edin.

Lityum İyon Piller Hakkında Bilmeniz Gerekenler

Lityum İyon Pillerin Tarihi

Lityum İyon pil ilk olarak 1912’de G.N Lewis tarafından yapıldı, ancak bu sadece 1970’lerde uygulanabilir hale geldi ve şarj edilemeyen ilk lityum pil ticari pazarlara sokuldu. Daha sonra, 1980’li yıllarda mühendisler, anot malzemesi olarak lityum kullanarak ilk şarj edilebilir pili yapmaya çalıştılar ve kısmen başarılı oldular. Bu tür lityum pillerin şarj işlemi sırasında dengesiz olduklarını fark etmediler.

1991 yılında, Japonya’da bir adam telefon ile konuşurken telefon içerisinde ki lityum pil patladı. Ancak bu olaydan sonra Lityum İyon pillerin çok dikkatli kullanılması gerektiği anlaşıldı. Piyasaya giren bu tür pillerin büyük bir kısmı, üreticiler tarafından güvenlik sorunuyla ilgili olarak geri çağrıldı. Daha sonra yapılan araştırmalardan sonra Sony, bugüne kadar kullanılmakta olan yeni bir kimya ile gelişmiş Lityum İyon pilleri tanıttı.

Lityum İyon Piller

Lityum İyon Pillerin Kimyası ve Çalışması

Adından açıkça anlaşılacağı gibi, Lityum İyon piller lityum iyonlarını kullanır. Lityum, yüksek enerji yoğunluğuna sahip çok hafif bir metaldir. Bu özellik, pilin hafif olduğu ve küçük bir form faktörü ile yüksek akım sağlamasına olanak tanır.

Enerji yoğunluğu, bataryanın birim hacmine göre depolanabilen enerji miktarıdır. Enerji yoğunluğu ne kadar yüksekse batarya o kadar az olur. Lityum metalik yapısı nedeniyle oldukça kararsız olduğu için doğrudan akülerde bir elektrot olarak kullanılamaz. Bu nedenle lityum metallerin aynı özelliğine sahip olan lityum iyonları kullanıldı ancak bu iyonlar metalik değildir ve kullanımı nispeten daha güvenlidir.

Normal olarak bir Lityum pilin Anodu Karbondan yapılır ve pilin katodu Kobalt oksit veya başka bir metal oksit kullanılarak yapılır. Bu iki elektrotu birbirine bağlayan elektrolit, lityum iyonları içeren basit bir tuz çözeltisidir. Pozitif yüklü lityum iyonları boşalırken, katoda doğru hareket eder ve pozitif yüklü hale gelene kadar anlık hücum etkisi gösterir. Katot pozitif yüklü olduğu için, negatif yüklü elektronları ona çekmektedir.

Benzer şekilde şarj olurken, tam tersi olur. Yüklerden gelen elektronlar bataryaya doğru akar ve bu nedenle lityum iyonları anodu hareket ettirir, katodu ise pozitif yükünü kaybeder.

Lityum İyon Pillere Giriş

Lityum İyon Pilleri ile ilgili tarihsel bilgileri verdik, şimdi bu pillerin çeşitlerinden haberdar olalım. Böylece projelerimizde kullanmak için kendileri hakkında bilgi sahibi olabiliriz. En yaygın olarak kullanılan Lityum İyon pil, 18650 pildir. Bu nedenle bu yazımızda bu pillerin üzerinde duracağız. Aşağıdaki resimde tipik bir 18650 pil gösterilmektedir.

18650 pil hakkında bilinmesi gerekenler

Tüm pillerde olduğu gibi Lityum iyon piller de voltaj ve kapasite derecesine sahiptir. Tüm lityum piller için nominal voltaj derecesi 3.6V’dur. Daha yüksek voltaj spesifikasyonuna ihtiyacınız var ise iki veya daha fazla pili seri olarak birleştirmeniz gerekir. Tüm lityum iyon piller sadece ~ 3.6V nominal gerilime sahip olacaktır.

Tam olarak şarj edildiğinde bu voltaj 3,2V’a kadar düşebilir ve tam olarak şarj edildiğinde 4.2V’a kadar çıkabilir. Pili 3,2V’un altında veya 4.2V’un üzerinde şarj etmek pil üzerinde kalıcı şekilde hasar bırakabilir ve buda patlama riskini ortaya çıkartır. Bu bilgilerin sadece tek bir 18650 pili için geçerli olduğunu unutmayın.

Nominal Voltaj:  Nominal voltaj,  18650 pillerin gerçek voltaj derecesidir. Üretilen pillerde bu değer 3.6V’dur.

Tam deşarj voltajı: 18650’lik bir pil hiçbir zaman 3.2V’nin altına deşarj edilmemelidir, aksi takdirde pilin kalıcı olarak zarar görmesine ve ayrıca pilin patlamasına neden olabilir.

Tam şarj Voltajı: Lityum iyon pil için şarj voltajı 4.2V’dir. Pil voltajının herhangi bir zamanda 4.2V değerini geçmediğine dikkat edilmelidir.

mAh Değerlendirme: Bir pilin kapasitesi normalde mAh (Milli Amper saat) derecesi cinsinden verilir. Bu değer satın aldığınız pilin türüne göre değişecektir. Mesela bizim pilimizin 2000mAh olduğunu varsayalım. maH değeri pilin 1 Saatte vereceği değeri gösterir. Örneğin 2000mAh = 2A eşit ve biz pilimizden 2A çekeceksek bu pil 1 saat sonra boşalacaktır eğer 1A çekeceksek bu pil 2 saat sonra boşalacaktır.

18650 Pili Kullanmanın En Kolay Yolu

Eğer 18650 piller ile yeni yeni uğraşmaya başlıyor ve projenize güç sağlamak için sadece 18650 piller ile çalışmaya başlıyorsanız en kolay yol, 18650 pillerinizi güvenli bir şekilde şarj edip deşarj edebilen hazır modülleri kullanmak olacaktır. Tek bir 18650 Pili için kullanabileceğiniz modül  “TP4056” modülüdür.

Eğer projenizde giriş voltajı olarak 3.6V’dan daha fazlası gerekiyorsa, 7.4V’luk bir voltaj elde etmek için iki adet 18650 pili seri bağlayabilirsiniz. İki veya daha fazla 18650 pili birleştirmek için geleneksel lehimleme tekniği kullanılmaz. Bunun yerine her iki pil arasında nokta kaynağı adı verilen bir işlem uygulanır. Ayrıca seri veya paralel olarak 18650 pil birleştirirken, aşağıdaki paragrafta ele alınan maddeler uygulanmalıdır.

TP4056 şarj devresi

Lityum İyon Pilleri Seri veya Paralel Bağlama

Küçük portatif elektronik cihazlara veya küçük cihazlara güç sağlamak için tek bir 18650 pil veya seri halinde en fazla bir çift 18650 pil yeterli gelir. Bu tür uygulamalarda karmaşıklık daha azdır çünkü pil sayısı daha azdır. Fakat büyük bir projede örneğin Tesla otomobilleri gibi daha büyük uygulamalar için istenen çıkış voltajı ve kapasitesine ulaşmak için bu pillerin seri ve paralel olarak bağlanması gerekecektir. Örneğin Tesla otomobili her biri 3.7V ve 3.1Ah değerinde 6800’den fazla lityum pil içerir. Aşağıdaki resim, aracın şasesinin içine nasıl yerleştirildiğini göstermektedir.

tesla araba akü

Bu kadar çok sayıda pile sahip olmak için, bu pilleri güvenli bir şekilde şarj edebilen, izleyebilen ve deşarj edebilen özel bir devreye ihtiyaç olacaktır. Bu özel sisteme Pil izleme Sistemi (BMS) denir. BMS’nin işi, her lityum iyon hücresinin ayrı hücre voltajını izlemek ve aynı zamanda sıcaklığını kontrol etmektir.

Bir grup oluşturmak için ikiden fazla pili birleştirirken aynı kimyaya, gerilime, Ah derecesine ve İç dirence sahip olduklarına dikkat edilmelidir. Ayrıca, piller şarj edilirken BMS eşit olarak şarj edilmelerini ve eşit şekilde deşarj edilmesini sağlar. Böylece herhangi bir zamanda tüm piller aynı voltaj seviyesinde kalır, buna Hücre Dengeleme denir.

Umarım bu makalede,  Lityum İyon Piller hakkında bilgi sahibi olmanız için yeterli detaylar sağlanmıştır. Herhangi bir sorunuz varsa yorum bölümünden sormaktan çekinmeyin. Sorularınızı cevaplamak için elimden geleni yapacağıma emin olabilirsiniz.

Yazımızı beğendiyseniz hemen alttaki Sosyal medya butonlarından arkadaşlarınızla paylaşabilirsiniz. Öneri veya eleştirilerinizi alttaki yorumlar bölümünden yapabilirsiniz. Elektroniktasarimlar.com ailesi olarak bir çok yeni içerik eklemeye devam edeceğiz. Bizi takip etmeyi unutmayın. Okuduğunuz için teşekkür ederiz.

Paylaşın, Herkes Faydalansın!

Yorum Ekle

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir